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目錄
目錄 1
前言 1
第一章 塑料模具的現(xiàn)狀及展望 2
1.1 模具工業(yè)在國民生產(chǎn)中的作用
1.2塑料模具工業(yè)的現(xiàn)狀
1.3塑料模具工業(yè)的發(fā)展趨勢
第二章塑件產(chǎn)品的分析 5
2.1 產(chǎn)品材料的選用
2.2套管塑件產(chǎn)品的測繪
2.3套管塑件三維造型
第三章 成型設(shè)備的選用 7
3.1 注塑機(jī)的選擇
3.2 模架的選擇
3.3 模具參數(shù)的校核
第四章 模具結(jié)構(gòu)形式的擬訂 11
4.1 確定型腔數(shù)量及排列方式
4.2 注射模分型面的選擇
第五章 澆注系統(tǒng)形式和澆口的設(shè)計(jì) 11
5.1主流道設(shè)計(jì)
5.2 分流道設(shè)計(jì)
5.3 澆口設(shè)計(jì)
第六章 成型零部件設(shè)計(jì) 16
6.1 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第七章導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
第八章推出機(jī)構(gòu)和復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18
8.1推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
第九章 模具冷卻系統(tǒng) 19
9.1 冷卻水管管道的設(shè)置
第十章 支承與連接零件的設(shè)計(jì)與選擇 20
10.1 固定板
10.2 支承板和墊塊
10.3 模座
第十一章 結(jié)論 21
致 謝 22
參考文獻(xiàn) 22
前言
隨著我國科技文化技術(shù)以及國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，模具行業(yè)的地位越來隨著我國科技文化技術(shù)以及國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，模具行業(yè)的地位越來越重要，模具技術(shù)的發(fā)展也越來越先進(jìn)。
模具行業(yè)是一個(gè)對工作和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)要求非常強(qiáng)的專業(yè)，它要求我們在學(xué)校要掌握扎實(shí)的理論知識(shí)，并要求我們有充分的實(shí)踐環(huán)境。大學(xué)四年的本科學(xué)習(xí)即將結(jié)束，在這大學(xué)四年里我完成了規(guī)定的課程，并取得了不錯(cuò)的成績，熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與技術(shù)測量基礎(chǔ)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、模具制造工藝、塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)、塑性成型工藝與模具設(shè)計(jì)等相關(guān)的基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識(shí)，對模具行業(yè)的發(fā)展、模具技術(shù)的應(yīng)用、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、模具材料的選用、公差配合的選用有了一個(gè)比較系統(tǒng)和比較全面的理解，基本上達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。
課程設(shè)計(jì)時(shí)大學(xué)學(xué)習(xí)過程中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是對以前所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)及所掌握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)，
以套管成型工藝分析及模具設(shè)計(jì)為主線，依據(jù)模具的基本組成部分，基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)技巧相結(jié)合，理論與實(shí)踐相結(jié)合，對套管模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵之處以及可能出現(xiàn)的問題和處理方式進(jìn)行詳細(xì)地剖析。同時(shí)，從模具的加工工藝的角度出發(fā)，分析并提供便于加工的模具結(jié)構(gòu)形式，使模具設(shè)計(jì)和加工更加緊密的結(jié)合在一起。在技術(shù)上，使用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來繪圖三維與二維相結(jié)合達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。
在課程設(shè)計(jì)的過程中，肯定會(huì)遇到很多困難和許多疑惑，但是在指導(dǎo)教師李老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力下，克服了所有的困難，完滿的完成本次課程設(shè)計(jì)，給大學(xué)生活畫上一個(gè)圓滿的句號(hào)。由于我的水平有限，缺乏實(shí)際的模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中肯定會(huì)存在錯(cuò)誤和不妥之處，敬請各位老師批評指正。
第一章 塑料模具的現(xiàn)狀及展望
1.1 模具工業(yè)在國民生產(chǎn)中的作用
模具技術(shù)是衡量一個(gè)國家制造水平的重要標(biāo)志之一。模具技術(shù)能促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)產(chǎn)品的發(fā)展和質(zhì)量的提高，并獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益。模具是效益的放大器，用模具生產(chǎn)的產(chǎn)品的價(jià)值往往是模具價(jià)值的幾十倍、上百倍。在美國模具被稱為點(diǎn)鐵成金的磁力工業(yè)，德國則認(rèn)為其是所有工業(yè)中的關(guān)鍵工業(yè)，日本則認(rèn)為模具工業(yè)是促進(jìn)社會(huì)繁榮富裕的動(dòng)力。
模具工業(yè)在我國幾經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工業(yè)之一。國名經(jīng)濟(jì)的五大支柱產(chǎn)業(yè)——機(jī)械、電子、汽車、石油化工和建筑都要求模具工業(yè)的發(fā)展相適應(yīng)，都需要大量模具，特別是汽車、電動(dòng)機(jī)、電器、家電和通信等類產(chǎn)品中60%-80%的零部件都依靠模具成型。
1.2塑料模具工業(yè)的現(xiàn)狀
塑料模具技術(shù)是一門涉及面廣、技術(shù)綜合性強(qiáng)的精密基礎(chǔ)工藝裝備技術(shù)，包括：各類模具設(shè)計(jì)、制造、保管、修理、調(diào)試、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化生產(chǎn)、“四新”即：新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的開發(fā)與推廣應(yīng)用……等方方面面，涉及到冶金、材料、理化、計(jì)量、摩擦與潤滑、機(jī)械、電子、機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)等多門學(xué)科以及鑄、鍛、熱處理、有削及無削加工、檢測等有關(guān)工種，是一個(gè)要由上述眾多學(xué)科和工種共同打造的龐大的系統(tǒng)工程。
我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面，已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具;精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面也取得較大進(jìn)展，氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達(dá)20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達(dá)不到10%，與國外的50～80%相比，差距較大。 在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個(gè)新臺(tái)階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)。這些系統(tǒng)和軟件的引進(jìn)，雖花費(fèi)了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對成型過程，如充模和冷卻等進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推動(dòng)了我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。
?近年來，國內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如:P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標(biāo)準(zhǔn)模架、標(biāo)準(zhǔn)推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和商品化程度一般在30%以下，和國外先進(jìn)工業(yè)國家已達(dá)到70%-80%相比，仍有很大差距。
1.3塑料模具工業(yè)的發(fā)展趨勢
模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的。
因此，塑料模的未來發(fā)展趨勢主要為以下幾個(gè)方面：
（1）提高大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復(fù)雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多控所致。
（2）在塑料模設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù)，近年來模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進(jìn)一步普及創(chuàng)造了良好的條件;基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實(shí)際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題;CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高;塑料制件及模具的3D設(shè)計(jì)與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。
（3）推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標(biāo)準(zhǔn)，積極生產(chǎn)價(jià)廉高質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且其常用于較復(fù)雜的大型制品，模具設(shè)計(jì)和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動(dòng)分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具也非常重要。
（4）開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟(jì)模具。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式。
（5）提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。我國模具標(biāo)準(zhǔn)件水平和模具標(biāo)準(zhǔn)化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用要大力推廣。
（6）應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。
（7）研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標(biāo)測量儀或三坐標(biāo)掃描儀實(shí)現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究和應(yīng)用多樣、調(diào)整、廉價(jià)的檢測設(shè)備是實(shí)現(xiàn)逆向工程的必要前提。
（8）大力發(fā)展快速制造成形和快速制造模具技術(shù)。
（9）逐步推廣高速銑削在模具業(yè)務(wù)的應(yīng)用。
（10）進(jìn)一步研究開發(fā)模具的拋光技術(shù)和設(shè)備。
第二章塑件產(chǎn)品的分析
2.1 產(chǎn)品材料的選用
本次設(shè)計(jì)中采用的材料是ABS,因?yàn)槠渚哂泻芏嗔己玫男阅芩员蝗藗儚V泛采用，ABS材料的應(yīng)用范圍、注塑工藝條件及化學(xué)物理性質(zhì)途簡述如下：
典型應(yīng)用范圍:
汽車（儀表板，工具艙門，車輪蓋，反光鏡盒等），電冰箱，
大強(qiáng)度工（頭發(fā)烘干機(jī)，攪拌器，食品加工機(jī)，割草機(jī)等），電話機(jī)殼體，
打字機(jī)鍵盤，娛樂用車輛如高爾夫球手推車以及噴氣式雪撬車等。
注塑模工藝條件:
干燥處理：ABS材料具有吸濕性，要求在加工之前進(jìn)行干燥處理。建議干燥條件為809～0℃下最少干燥2小時(shí)。材料溫度應(yīng)保證小于0.1%。
熔化溫度：210～280℃；建議溫度：245℃。
成型溫度：200～240℃。
模具溫度：60～80℃。（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導(dǎo)致光潔度較低）。
注射壓力：100～140Mpa。
注射速度：中高速度。
化學(xué)和物理特性:
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅(jiān)韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強(qiáng)度。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。三中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個(gè)是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個(gè)是聚丁二烯橡膠分散相。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場上百種不同品質(zhì)的ABS材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。
ABS外觀成粒狀或粉狀，呈淺象牙色，不透明但成型的塑料件有較好的光澤。它無毒、無味，易燃燒、無自熄性，密度為1.08～1.2g/cm3。ABS具有較高的抗沖擊強(qiáng)度，且在較低溫度下也不迅速下降;具有良好的機(jī)械性能和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。ABS具有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易成型加工，且易著色。ABS幾乎不受酸、堿、鹽及水和無機(jī)化合物的影響，溶于酮、醛、酯、氯代烴中，不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會(huì)軟化膨脹。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化學(xué)藥品的侵蝕，會(huì)引起應(yīng)力開裂。此外，ABS的熱穩(wěn)定性差，熱變形溫度為93℃，脆化溫度為-27℃，使用溫度范圍為-40～100℃,而且ABS的耐候性也差，紫外線作用下容易氧化降解，從而會(huì)導(dǎo)致制件變硬變脆。
2.2塑件工件的測繪
任何一個(gè)零件從傳統(tǒng)意義上來說，它必須含有二維平面圖紙，這樣它的尺寸就一目了然了。本次的架子塑料件經(jīng)測繪后的平面圖如圖2.1所示：
圖2.1 臺(tái)階端蓋
2.3端蓋塑件三維造型
端蓋是工業(yè)上一種用的非常廣泛的結(jié)構(gòu)件。廣泛適用于各種電器的塑料零部件。本次設(shè)計(jì)的端蓋為注塑機(jī)一次成型，外觀主要有許許多多的孔和凸臺(tái)組成。采用一模四腔的點(diǎn)澆口進(jìn)料機(jī)構(gòu)。精度采用一般精度5級(jí)，表面粗糙度為0.8，產(chǎn)品三維效果圖如圖2.2所示。
圖2.2 塑件三維效果圖
第三章 成型設(shè)備的選用
3.1 注塑機(jī)的選擇
對于模具設(shè)計(jì)，必須首先選則合適的注塑機(jī)型號(hào)，以確定額定注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、模具的安裝尺寸及開模行程等技術(shù)規(guī)范后，才能進(jìn)行下面真正的模具設(shè)計(jì)。
根據(jù)塑件的形狀及尺寸，計(jì)算其在分型面上的投影面積和塑件以及澆注系統(tǒng)的質(zhì)量，計(jì)算所需鎖模力、總注射物料量，然后才能初選設(shè)備。
由于制品的外觀由許多孔和凸臺(tái)組成，形狀復(fù)雜，首先利用三維軟件的分析功能對制品的體積和在分型面上的投影面積進(jìn)行計(jì)算與測量。在三維軟件里打開三維模型，利用其質(zhì)量屬性分析對表面積、體積、質(zhì)量進(jìn)行分析與計(jì)算。根據(jù)軟件計(jì)算得出結(jié)果如下：
塑件在分型面上的投影面積：S=13266.5mm2
塑件體積：V=17.875cm3(2-1)
塑件密度： =1.05g/cm3
所以塑件的質(zhì)量： m=17.875×1.05=18.77g(2-2)
根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，該塑件采用潛伏式澆口形式，并且采用一模四腔的形式，在設(shè)計(jì)過程中計(jì)算出澆注系統(tǒng)及冷凝料材料體積約為4.32cm3?？傮w積為16.84cm3。
結(jié)合以上數(shù)據(jù)初選設(shè)備為SZ-100/630其主要技術(shù)規(guī)格見表3.1所示。
表3.1 SZ-100/630設(shè)備主要技術(shù)規(guī)格
額定注射量/cm3
105
最大開合模行程/mm
350
螺桿直徑/mm
35
模具最大厚度/mm
350
注射壓力/Mpa
224
模具最小厚度/mm
150
注射行程/mm
150
動(dòng)、定模固定板最大尺寸/mm
370×320
注射速度g/s
80
鎖模形式
雙曲軸
螺桿轉(zhuǎn)數(shù)/(r/min)
8
噴嘴圓弧半徑/mm
15
鎖模力/KN
630
噴嘴孔直徑/㎜
4
模具定位孔直徑/mm
35
頂出形式
兩側(cè)設(shè)有頂出，機(jī)械頂出，中心距為230 mm
3.2 模架的選擇
通過塑件的分析，以及注塑機(jī)的技術(shù)規(guī)格要求，選用DI型模架，該模架各模板以及相關(guān)尺寸見圖3.1、表3.2所示。
圖3.1模架示意圖
表3.2 模架各板厚尺寸
上模座H1
模板A
模板B
支撐板H2
下模座H3
25
60
55
75
25
H1=25㎜；A=60㎜；B=55㎜; C=75㎜；H3=30㎜；所以模具的總厚度為：245mm，在注塑機(jī)的裝模行程之內(nèi)。
3.3 模具參數(shù)的校核
（1）注射量的校核
要求注射量不超過注射機(jī)的最大注射量，在注塑生產(chǎn)中，注塑機(jī)每一個(gè)成型周期向模具腔內(nèi)注入的塑料熔體體積或質(zhì)量稱為塑件的注射量，其中包括澆注系統(tǒng)內(nèi)所存留的塑料熔體體積，選擇注塑機(jī)時(shí)，必須保證塑件的注射量小于注塑機(jī)的最大注射量的（80～85）%，最小注射量不小于注塑機(jī)注射量的20%，根據(jù)式
kMmaxM，M=Mi+m(3-1)
式中Mmax-----注塑機(jī)最大注射量/ cm3；
Mi-----澆注系統(tǒng)凝料的質(zhì)量或體積/ cm3；
m-----單個(gè)制件質(zhì)量或體積/ cm3；
n-----型腔數(shù)目/個(gè)；
k-----注射機(jī)最大注射量利用系數(shù)，一般取0.8。
0.8×1053.13×4+4.32=16.84 cm3。（3-2）
故：注射機(jī)注射量滿足要求。
（2）注射壓力的校核
塑料成型所需要的注射壓力是由塑料品種、注射機(jī)類型、噴嘴形式、塑件形狀以及澆注系統(tǒng)的壓力損失等因素決定的。注射壓力的校核是檢驗(yàn)注射機(jī)的最大注射壓力能否滿足制品的成型要求。
所選的塑料原料為ABS，制件結(jié)構(gòu)合理，流體流動(dòng)性能好，其注射壓力在（100～140）Mpa之間，其值在所選的注射機(jī)成型范圍之內(nèi)，故能滿足要求。
（3）鎖模力的校核
注射時(shí)塑料熔體充滿型腔的時(shí)候，存在較大的壓力，它會(huì)使模具從分型面漲開，該壓力等于塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上不重合的投影面積之和乘以型腔的壓力，它應(yīng)小于注射機(jī)的最大鎖模力，才能使注射時(shí)不發(fā)生溢料和漲模現(xiàn)象。
為了保證注射成型過程當(dāng)中型腔能夠可靠的鎖閉，必須滿足：
（nA1+Aj）pFn
(4×1.38+1.9)10080%=593.6kN<630kN(3-2)
故：注射機(jī)鎖模力滿足要求。
（4）模具厚度校核
由于注射機(jī)的動(dòng)模和定模固定板之間的距離都有一定的調(diào)節(jié)量H，因此，對安裝使用的模具厚度有一定的限制，一般情況下，模具的實(shí)際厚度H必須在注射機(jī)允許安裝的最大模具厚度和最小模具厚度之間。
所選用的注射機(jī)的模具最大厚度Hmax為350mm，最小模具厚度Hmin為150mm。所設(shè)計(jì)的模具總厚度H為240mm，所以滿足關(guān)系：Hmin
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